長江隧道挖掘過程的模擬樣機建模與仿真

1、長江隧道挖掘過程的模擬樣機建模與仿真長江隧道挖據(jù)是采用盾構(gòu)機進行隧道挖據(jù)的，下面我將介紹盾構(gòu)機的基本原理：1、盾構(gòu)機的工作原理如圖1所示，盾構(gòu)機在除道施工中，盾構(gòu)機在即將掘進的除道一端建立豎井，用來安裝 定位盾構(gòu)機，使盾構(gòu)機在豎井的側(cè)壁開口向另一個工作口推進時，能夠按照設(shè)計路線完成推 進。在開挖時，土體被安裝在刀盤上的刀具切削下來，被擠壓在土倉內(nèi)，與土倉內(nèi)的泥漿混 合。然后土體被螺旋傳送機傳送到皮帶上被傳送到安裝盾構(gòu)機末端的渣車。在掘進過程中， 地層阻力作用在盾構(gòu)機的盾體，通過液壓缸反饋到襯砌機構(gòu)，襯砌機構(gòu)安裝在盾構(gòu)機的尾部。 盾構(gòu)機的推進虹挖掘出一環(huán)距離后，管片在挖掘出的空間內(nèi)開始完成一段拼

2、裝工作。與此同 時，為了防止地面沉降，漿液被注入地層介質(zhì)與外周襯砌環(huán)的縫隙中，而切削的土體同時被 渣車傳送出去。圖12、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)仿真系統(tǒng)的功能包括以下四個部分，其總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。具體功能描述如下；基本數(shù)據(jù)模塊提供相關(guān)的初始數(shù)據(jù)，包括隧道基本參數(shù)依據(jù)隧道盾構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況建立的 CAD模型，為搭建仿真場景提供模型基礎(chǔ)；結(jié)合探測點數(shù)據(jù)，給出掘進全線區(qū)域采樣點的土 質(zhì)類型數(shù)據(jù)等。仿真模擬模塊主要搭建仿真平臺和創(chuàng)建仿真場景。創(chuàng)建三維仿真場景，合理組織各個場 景結(jié)構(gòu)的層次；搭建仿真平臺，組織好仿真模型和場景中的數(shù)據(jù)交換；建立仿真數(shù)學模型； 整理盾構(gòu)掘進相關(guān)參數(shù)，建立它們和環(huán)境變化的數(shù)學關(guān)系模型，實

3、現(xiàn)隧道內(nèi)自由漫游仿真及 同步掘進仿真，并依據(jù)建立的數(shù)學模型實現(xiàn)掘進過程的土層土質(zhì)類型的可視化仿真。統(tǒng)計分析模塊計算和評估地表沉降和曲率參數(shù)。通過仿真數(shù)學模型計算出地表沉降變化 值和曲率變化量，并實現(xiàn)和上位組態(tài)控制系統(tǒng)的雙向反饋以評估和控制實際施工過程。遠程通信模塊的功能是從模擬實際操作臺的組態(tài)控制軟件發(fā)出命令，經(jīng)由以太網(wǎng)處理傳 輸?shù)椒抡嫦到y(tǒng)。仿真系統(tǒng)接收到從組態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)來的控制命令，作出相應(yīng)的動作，并把系 統(tǒng)仿真的結(jié)果反饋給組態(tài)控制軟件以控制實際施工。堡本數(shù)據(jù)-X堡本數(shù)據(jù)-X采樣土質(zhì)頃據(jù)S2盾構(gòu)掘進仿袁系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)3、仿真系統(tǒng)應(yīng)用效果本系統(tǒng)研究以上海虹橋綜合交通樞紐仙霞西路新建工程為應(yīng)用背景

4、，實驗相關(guān)數(shù)據(jù)由上 海巖土工程勘察設(shè)計研究院提供。系統(tǒng)開發(fā)的硬件平臺：Pentium IV2. 4GHz CPU，DDR1G內(nèi) 存；軟件環(huán)境:Windows XP，Open Inventor 6. 0 以上，Visual Studio2005 及 Solidworks2007, 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)了隧道場景的三維重建及隧道內(nèi)自由漫游；通過上位組態(tài)控制軟件的同步控 制實現(xiàn)了盾構(gòu)掘進過程的動態(tài)仿真及周圍土質(zhì)數(shù)據(jù)的實時模擬；實現(xiàn)盾構(gòu)掘進過程中地表 沉降狀況的實時曲線顯示；并向上位組態(tài)控制軟件反饋土質(zhì)狀況的改變并動態(tài)仿真變化了 的盾構(gòu)機掘進狀態(tài)。該系統(tǒng)模擬了盾構(gòu)掘進全過程的動態(tài)仿真及周圍土質(zhì)變化狀況，同時根 據(jù)計算結(jié)果為組態(tài)控制軟件提供模型支持，反饋環(huán)境變化，及時調(diào)整掘進參數(shù)，為隧道盾構(gòu) 掘進過程的風險控制提供決策手段。經(jīng)試運行驗證，滿足了該工程項目的隧道掘進現(xiàn)場施工 要求，